JP2016035594A - 変換部材、照明手段および変換部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】改善された変換部材を提供する。【解決手段】変換層（１６）とは反対側にある面から散乱層（１２）に入射する一次ビーム（１８）の第１の成分（２０）を変換層（１６）に通過させ、かつ、散乱層（１２）に入射する一次ビーム（１８）の第２の成分（２２）を、変換層（１６）とは反対側にある面に向かって散乱させるように、散乱層（１２）は構成されており、・変換層（１６）は少なくとも１つの変換手段（２５）を含んでおり、一次ビーム（１８）の第１の成分の少なくとも一部を一次ビーム（１８）の波長とは異なる、より長い波長を有する二次ビーム（１９）に変換するように、変換手段（２５）は構成されており、・反射層（１４）は、少なくとも二次ビーム（１９）を反射する作用を有している、ことを特徴とする変換部材（１０）。【選択図】図２
Description
変換部材並びに照明手段を提示する。
本特許出願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２０１２１０１６６３．１号の優先権を主張する。当該文献の開示内容は本願に参照として取り入れられている。
多くの用途に、特定の波長の光または特定のスペクトル領域の光が必要とされる。しかし、多くの光源、殊に、半導体をベースにした光源、例えば発光ダイオードまたはレーザダイオードは、それとは異なるスペクトル領域または離散的な波長でのみ発光する。従って、光源から放射された光を少なくとも部分的に、別の波長の光に変えることが所望されることがある。このような変換は例えば、有機または無機のルミネッセンス材料によって行われる。この変換は、このルミネセンス材料において、多くの場合、いわゆるダウンコンバージョンの原理に基づいている。すなわち、例えば青色のスペクトル領域にある光が吸収され、これに対してより低い周波数の、赤色にシフトされた光が放射される。換言すれば、発光材料による、高いエネルギーの光ビームがより低いエネルギーの光ビームに、および、非放射性のエネルギーに、殊に熱に変換される。これに続いて、高いエネルギーの光ビームの変換されなかった成分が、より低いエネルギーの変換された光ビームと混合され、例えば白色光が形成される。
欠点は、ルミネッセンス材料の温度が上昇し、これによって変換効率が低下してしまうことである。また、このような光源の製造時に、正確さが不十分な色位置制御によって問題が生じてしまう。この問題は、次のことによって生じる。すなわち、変換層の厚さの変動または埋設マトリクス内での変換器の集中度の差によって、低い周波数の光と高い周波数の光との間の割合が変動することによって生じる。
部分的に、熱による問題は、ビーム生成半導体チップと変換部材との間に適切な間隔を設けることによって解決される。ここで変換材料は、熱伝導が良好なマトリクス内に埋設される（例えばセラミック）。
図１は、従来技術の、このような、全体的に参照番号１０が付けられている変換部材を示している。レーザダイオードとして構成されている半導体チップ４４は、例えば４００ｎｍ以上４８５ｎｍ以下の波長（青色または紫色の光）を有する一次ビーム１８を放射する。この一次ビームは、入射方向１７に沿って伝播し、変換部材１０に入射する。変換層１６が、ミラー１４を伴うヒートシンク３２上に設けられている。変換器の集中度並びに変換層１６の厚さは、一次ビーム１８の一部が、変換部材１０の前面で再び出射するように調整されている。これによって、一次ビーム１８とは異なる、より長い波長を有する、変換された二次ビーム、例えば赤色光と、一次ビームとの混合が行われる。しかし、図１に示された装置では、色位置制御の問題がより大きくなる。なぜなら、ビームが二度通過することによって、厚さおよび変換器の集中度における変動の影響が強くなってしまうからである。
解決されるべき課題は、上述の欠点を克服する変換部材を提供することである。解決されるべき別の課題は、このような変換部材を有する照明手段を提供することである。
この課題は、独立請求項に記載されている構成要件によって解決される。
この構成要件の有利な実施形態および発展形態は、従属請求項に記載されており、さらに、後続の説明および図面から明らかになる。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、変換部材は散乱層と、反射層と、この散乱層と反射層との間に配置されている変換層とを含んでいる。
ここで変換層は、直接的に、散乱層と反射層との間に配置される、または、間接的な配置も可能である。すなわち、例えば、変換層と散乱層との間または変換層と反射層との間に別の層を設けることもできる。相応のことが、以降において、用語「層上に配置」に当てはまる。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、散乱層は次のように構成されている。すなわち、変換層とは反対側にある面から散乱層に入射する一次ビームの第１の成分が変換層内を通過し、かつ、散乱層に入射する一次ビームの第２の成分が、散乱層の、変換層とは反対側にある面に向かって散乱するように、構成されている。「散乱」とはここでは次のことを意味している。すなわち、変換層とは反対の側から、第１の空間角度範囲に起因して、変換層に入射する一次ビームが、第２の空間角度範囲で、散乱層の、変換層とは反対の側の面へと偏向されることを意味している。ここでこの第２の空間角度範囲は、第１の空間角度範囲よりも大きく、従って、一次ビームは拡張される。殊に、一次ビームは、特定の入射方向に沿って変換層に入射し、有限の、十分に大きい空間角度範囲で偏向される。一次ビームの偏向を生じさせるメカニズムは、極めて様々である。殊に、偏向を、ランベルト放射器として作用する、変換層内の小さい構造体によって、または、異なる配向を有している、変換層内に配置されている多数の反射作用または光屈折作用を有する部分面によって行うことができる。これらの部分面は、変換層内で、場所に依存して異なる反射方向または光屈折方向を形成する。
「一次ビーム」とはここで、ある波長または変換されるべき第１の波長領域の電磁ビームも、複数の波長または複数の波長領域の電磁ビームも意味し得る。
例えば、一次ビームは、１つの波長の電磁ビームであり得る。散乱層はこの場合に次のように形成されている。すなわち、散乱層の、変換層とは反対側にある面から散乱層に入射する、このような波長の一次ビームの第１の成分が変換層内を通過し、同じ波長を有する、散乱層に入射する一次ビームの第２の成分が、散乱層の、変換層とは反対側にある面に向かって散乱するよう構成されている。
他方で、一次ビームは例えば、第１の波長の電磁ビームと、第１の波長とは異なる第２の波長の電磁ビームを含むことができる。この場合に、散乱層は次のように構成される。すなわち、散乱層の、変換層とは反対側にある面から散乱層に入射する一次ビームの第１の成分（これは２つの波長の電磁ビームを含む、または、第１の波長の電磁ビームのみを含む）は変換層内を通過し、散乱層に入射する一次ビームの第２の成分（これは２つの波長の電磁ビームを含む、または、第２の波長の電磁ビームのみを含む）は、散乱層の、変換層とは反対側にある面に向かって散乱するように構成される。このような実施形態は、次のような利点を有している。すなわち、散乱された一次ビームと二次ビームとの混合によって生成された（例えば白色の）光の色位置を、２つの波長の電磁ビームの強度の比を変えることによって制御することができるという利点を有している。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、変換層は少なくとも１つの変換手段を含んでいる。この変換手段は、一次ビームの第１の成分の一部を、一次ビームの波長とは異なる、より長い波長を有する二次ビームに変換するように構成されている。
変換層は、マトリクス材料も含み得る。これは、例えば、内部に少なくとも１つの変換手段が埋設されているシリコーンまたはセラミックである。このマトリクス材料は、該当するスペクトル領域において有利には、電磁ビームを通す。「該当するスペクトル領域」とはここでは、ある波長の電磁ビームまたは変換されるべき第１の波長領域の波長の電磁ビーム（すなわち一次ビーム）も、ある波長の電磁ビームまたは変換によって結果として生じた波長領域の電磁ビーム（すなわち二次ビーム）も、意味する。
変換手段は、無機発光物質であり得る。これはダウンコンバーションに基づく。有利には変換手段は、セリウムがドーピングされた発光物質または、ユウロピウムがドーピングされた発光物質によって形成される。変換の効率は温度に依存し得る、殊にこの効率は、温度が上昇するにつれて低下する。この変換手段は、例えば粉体状である。マトリクス材料と同様に、この変換手段は、該当するスペクトル領域において、光による損傷に対して耐性を有している。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、変換層はセラミック材料を含んでいる、または、これは、セラミック材料から成る層によって形成される。これは、変換手段として作用するセラミックの変換材料を有している。
セラミックの変換材料は例えば少なくとも１つまたは複数の以下の材料を、変換のために有している、または、１つまたは複数の以下の材料から形成される。すなわち、希土類金属がドーピングされたガーネット、希土類金属がドーピングされたアルカリ土類硫化物、希土類金属がドーピングされたチオガリウム酸塩、希土類金属がドーピングされたアルミン酸塩、希土類金属がドーピングされたシリケート、例えばオルトシリケート、希土類金属がドーピングされたクロロシリケート、希土類金属がドーピングされたアルカリ土類窒化ケイ素、希土類金属がドーピングされた酸窒化物および希土類金属がドーピングされたアルミニウム酸窒化物、希土類金属がドーピングされた窒化ケイ素、サイアロン。
セラミックの変換材料としては、有利な実施形態では殊にガーネット、例えば酸化イットリウムアルミニウム（ＹＡＧ）、酸化ルテチウムアルミニウム（ＬｕＡＧ）および酸化テルビウムアルミニウム（ＴＡＧ）が使用可能である。
セラミックの変換材料用の材料は、別の有利な実施形態では、例えば、以下の付活剤でドーピングされている。すなわち、セリウム、ユウロピウム、ネオジム、テルビウム、エルビウム、プラセオジム、サマリウム、マンガン。可能なドーピングされるセラミック変換材料の単なる例として、セリウムがドーピングされたイットリウムアルミニウムガーネット、セリウムがドーピングされたルテチウムアルミニウムガーネット、ユウロピウムがドーピングされたオルトシリケート並びにユウロピウムがドーピングされた窒化物が挙げられる。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、反射層は、少なくとも二次ビームに関して反射作用を有する。これによって、二次ビームは、空間角度範囲において、散乱層の、変換層とは反対側の面へと向けられる。
一次ビームの散乱成分も、二次ビームも、それぞれ十分に大きい空間角度範囲を、散乱層の、変換層とは反対の側の面に向けて覆っているのは有利である。さらに有利には、一次ビームの散乱成分の空間角度範囲は二次ビームの空間角度範囲と大幅に重畳しており、理想的には二次ビームの空間角度範囲と一致している。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、変換層は、自身に入射する一次ビーム全体または少なくともその９５％以上を二次ビームに変換するように構成されている。これは、変換手段の適切な濃度によって、または、変換層の十分な層厚によって実現される。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、散乱層はマトリクス材料を含んでいる。このマトリクス材料内には、多数の散乱部材が埋設されている。一次ビームが特定の入射方向に沿って多数の散乱部材に入射すると散乱ビームが形成される。これらの散乱ビームは、有限の、十分に大きい空間角度範囲において、散乱層の、変換層とは反対側の面へ放射される。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、散乱部材は、例えば銀等の金属によって反射コーティングされている。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、散乱部材の平均的な大きさは、一次ビームの波長を上回る。これによって、主に、一次ビームの入射方向に対向するビームローブが得られる。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、散乱層の、変換層と反対の側の面に、反射防止層が配置されている。これによって、配向された反射された一次ビームが抑圧される。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、反射層の、変換層と反対の側の面に、ヒートシンクが配置されている。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、反射層は、変換層と反対側の面で、熱伝導性担体上に配置されている、または、反射層は熱伝導性担体の反射コーティングによって形成されている。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、散乱部材は球状に形成されている。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、散乱部材は、散乱層のマトリクス材料の屈折率とは異なる屈折率を有している。例えば、散乱部材とマトリクス材料との間の光学的な屈折率における差は、０．１以上、有利には０．２以上、殊に０．４以上であり得る。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、散乱層は、相違した屈折率を有している、第１の部分層と第２の部分層を含んでいる。ここで第１の部分層と第２の部分層との間の境界面は粗面化されている、または、第１の部分層と第２の部分層は相補的なパターニングを有している。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、パターニングの少なくとも１つは櫛の歯状に形成されている。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、散乱層は、波長選択性のミラー層を含んでいる。これは、部分的に一次ビームを反射し、二次ビームを通すように作用する。例えば、一次ビームの強度の１０％〜５０％が、波長選択性ミラー層によって反射される。
一次ビームが、第１の波長の電磁ビームと、第１の波長とは異なる第２の波長の電磁ビームとを含んでいる場合には、波長選択性ミラー層は次のように構成可能である。すなわち、第１の波長の電磁ビームのみを含んでいる、一次ビームの第１の成分を通し、第２の波長の電磁ビームのみを含んでいる、一次ビームの第２の成分を反射するように、構成可能である。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、この波長選択性ミラー層は、第２の部分層と変換層の間に配置されている。
変換部材の少なくとも１つの実施形態では、波長選択性ミラー層は、多数の部分面を含んでいる。これらの部分面は、波長選択性ミラー層の主要延在面に対して傾斜しており、これと多数の種々の角度を成す。この角度に関して、部分面は統計的に主要面全体にわたって分配可能であるが、これが、明確に規定された、主要延在面上の位置に依存する角度分布を有していてもよい。典型的に、部分面の平均的な大きさは、波長選択性ミラー層の、一次ビームが入射する領域の直径よりも格段に小さい。
一次ビームが、特定の入射方向に沿って、このようにパターニングされた面に入射すると、反射ビームが形成される。この反射ビームは有限の、十分に大きい空間角度範囲において、散乱層の、変換層と反対側の面へと放射される。従って、波長選択性ミラーは、上述した定義に従った散乱層として作用する。
ここで入射方向が、波長選択性ミラー層の主要延在面と角度αを成す場合、有利には、部分面の多数の種々の角度が、角度α／２を中心に対称的に分布する。このようにして、散乱された一次ビームは、波長選択性ミラー層の主要延在面の垂線を中心に、対称的な強度分布を有する。
さらに、照明手段が取り付けられる。
少なくとも１つの実施形態では、照明手段は、上述した実施形態の１つまたは複数に即した少なくとも１つの変換部材と、レーザダイオード、発光ダイオードまたはルミネッセンスダイオードとして構成され得る少なくとも１つの半導体チップとを含んでいる。ここでこの半導体チップから放射されたビームは、少なくとも部分的に変換部材に達し、半導体チップから放射されたビームは少なくとも部分的に、例えばダウンコンバーションを介して低い周波数のビームに変換可能である。このような照明手段は、高い光学的な出力で動作可能である。
照明手段の少なくとも１つの実施形態では、半導体チップは、４００ｎｍ以上４８５ｎｍ以下の波長を有する一次ビームを放射するように構成されている。これは変換部材に入射する。
照明手段の少なくとも１つの実施形態では、半導体チップと変換部材は空間的に相互に分けられている。半導体チップと変換部材は、例えば、共通のヒートシンク上に取り付け可能であるが、相互に空間的な間隔を有する。殊にこれは、半導体チップがレーザダイオードとして構成されており、このレーザダイオードから放射された光がある程度の距離にわたってほぼ自由に走行して変換部材に導かれる場合に、可能である。特に、レーザ光は極めて良好にコリメート可能であるので、半導体チップと変換部材との間隔は、発光ダイオードの場合に可能であろうものよりも、格段に幅広くなる。例えば、半導体チップと変換部材は、少なくとも５ミリメートル、有利には少なくとも１０ミリメートル、相互に間隔が空けられている。半導体チップと変換部材との空間的な分離を介して、２つのコンポーネントの熱的な分離も行われる。
照明手段の少なくとも１つの実施形態では、オプトエレクトロニクス半導体チップは、高出力ダイオードである。すなわち、半導体チップは、少なくとも１ワットの電力を有している。択一的または付加的に、変換部材内に入る、変換されるべきビームの光学的なパワーは、１００ｍＷ、殊に３００ｍＷを超える。高出力ダイオードの使用時には、変換部材を介して、コンパクトな構造が実現可能である。なぜなら、熱が効果的に、変換部材から導出されるからである。
照明手段の少なくとも１つの実施形態では、半導体チップと変換部材は、ヒートシンクとして形成された基板に取り付けられている。
さらに、上述した変換部材の製造方法を記載する。
少なくとも１つの実施形態では、この方法は以下のステップを有している。すなわち、散乱層を供給し、この散乱層を変換層および反射層と接合するステップである。
この方法の少なくとも１つの実施形態では、散乱層を提供するステップは以下のステップを含んでいる。すなわち、波長選択性ミラー層を備えた第１の透明な担体部材を供給するステップと、多数の散乱部材を備えた液体状マトリクス材料を第１の透明な担体部材上に被着するステップと、反射防止層を備えた第２の透明な担体部材を供給するステップと、第２の透明な担体部材を液体状マトリクス材料上に被着するステップと、硬化させるステップである。
選択的に、孔を、担体部材内に一次ビームに晒される領域外に、気泡を回避するために設けることができる。択一的に、所期のように、気泡を、マトリクス材料内に設けることもできる。この気泡は、散乱部材として用いられる。
この方法の少なくとも１つの実施形態では、散乱層の供給は、以下のステップを含んでいる。すなわち、反射防止層を備えた第１の透明な担体部材を提供するステップ、粗面化された表面を有している、または、後から粗面化される、または、パターニングされる、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ３、ＩＴＯ、ＴａＯ５、Ａｌ２Ｏ３、ジルコニアまたはＺｎＯを含んでいる第１の誘電体を被着するステップ、第２の誘電体を被着するステップ、殊に、研磨、研削加工または化学機械研磨によって第２の誘電体を平坦化するステップおよび波長選択性ミラー層を被着するステップ。
第１の誘電体のパターニングは、フォトマスクまたはインプリンティング技術によって行われる。ここで有利には回折格子は避けられるべきである。
択一的に、記載した層列の複数を相互に重ねて配置することもできる。層のエピタキシャル成長および３Ｄ成長から２Ｄ成長への層間の成長モードの変更を行うこともできる。記載したステップを別個に、または、逆の順番で行うこともできる。
変換部材の表面に、付加的に粗面化部を設けることもできる。これは例えば、針状の先端である。これは、複数回の反射によって、一次ビームの分離を高め、二次ビームの取り出しを改善する。
本願に記載された変換部材または照明手段が使用可能な幾つかの使用領域は、殊に、自動車産業の領域におけるディスプレイまたは表示装置の照明である。さらに、本願に記載された変換部材と照明手段は、投影目的の照明装置、ヘッドライト、自動車用ヘッドライトまたは光放射または一般的な照明においても使用可能である。
以下で、本願に記載された変換部材並びに本願に記載された照明手段を、図面に基づいて詳細に説明する。同じ参照番号は、個々の図面において同じ部材を示している。しかし、これらは縮尺通りではなく、むしろ個々の部材は、より良い理解のために、過度に誇張して示されている場合がある。
図２には、概略的に、変換部材１０の第１の実施例が示されている。変換部材１０は、散乱層１２と、反射層１４と、散乱層１２と反射層１４との間に配置されている変換層１６とを有している。反射層１４は、変換層１６とは反対の側で、熱伝導性の担体３２上に配置されている。さらに、散乱層１２の、変換層１６とは反対側にある面には、反射防止層３０が配置されている。
レーザダイオードとして構成された半導体チップ４４は、例えば４００ｎｍ以上４８５ｎｍ以下の波長を有する一次ビーム１８を放出する。これは、入射方向１７に沿って伝播し、変換部材１０に入射する。散乱層１２は、自身に、変換層１６とは反対の側から入射する一次ビーム１８の第１の成分２０を変換層１６に通過させ、自身に入射する一次ビーム１８の第２の成分２２を、散乱層１２の、変換層１６とは反対側にある面に向かって散乱させ、これがここで有限の、十分な大きさの空間角度範囲で偏向するように構成されている。
変換層１６は、内部に少なくとも１つの変換手段２５が埋設されている透明なマトリクス材料２４、例えばシリコーンまたはセラミックを含んでいる。この変換手段２５、例えばセリウムまたはユウロピウムを含んでいる発光材料は、ＵＶスペクトル領域または青色スペクトル領域の光を吸収する。蛍光を介して、例えば黄色または赤色のスペクトル領域における比較的長い波長で変換手段２５の再放射が行われる。ここから、二次ビーム１９が結果として生じる。これは図２に、破線の矢印として示されている。有利には、一次ビーム１８の散乱成分２２と二次ビーム１９は、散乱層１２の、変換層１６とは反対の側の面へ向かって、ほぼ同じ大きさの空間角度範囲を覆っている。従って有色光が色の縁なく生成される。
反射層１４は、少なくとも二次ビーム１９に関して反射性であり、熱伝導性の担体３２の方に放射された二次ビーム１９を反射して、変換部材１０から出させるように設けられている。
図３には、概略的に、変換部材１０の第１の実施例の散乱層１２の詳細図が示されている。散乱層１２は、ここで、透明なマトリクス材料２６、例えばシリコーンを、主に、入射方向１７に対して並行および逆平行にビームローブを得るために含んでいる。ここで、この透明なマトリクス材料２６内には、多数の球状に形成された散乱部材２８が埋設されており、この散乱部材の平均的な大きさは、一次ビーム１８の波長を上回る。
散乱部材２８は、例えば銀によって反射コーティングされていることがある。反射コーティングされた散乱部材２８の平坦でない表面によって、一次ビーム２２の特定の成分が、有限の、十分に大きい空間角度範囲において、散乱層１２の、変換層１６とは反対の側の面へと反射され、これによって一般的な部分で挙げた定義の意味で散乱される。
散乱部材２８は、他方で、例えば、散乱層１２のマトリクス材料２６の屈折率とは異なる屈折率を有し得る。従って、例えば、散乱部材２８とマトリクス材料２６との間の光学的な屈折率における差は、０.１以上、有利には０.２以上、殊に０.４以上である。散乱部材２８の屈折率がマトリクス材料２６の屈折率よりも小さいか、または、大きいかに依存して、散乱部材２８の外面で、または、内面で、一次ビーム１８の反射が行われる。散乱部材２８の外面または内面は平らではないので、一次ビームの特定の成分２２が、有限の、十分に大きい空間角度範囲で、散乱層の、変換層１６と反対側の面に向かって反射され、これによって、一般的な部分で挙げた定義の意味で散乱される。
図示されていない第２の実施例では、変換層１６と散乱層１２との間に、波長選択性の、誘電性ミラー層が配置されている。これは、部分的に一次ビームを反射し、二次ビームを通す。例えば、一次ビーム１８の強度の１０％と５０％との間が、波長選択性ミラー層によって反射される。波長選択性ミラー層は、この場合には、少なくとも部分的に、一次ビームの散乱された成分２２を定める。
図４には、概略的に、変換部材１０の第３の実施例の散乱層１２の詳細図が示されている。散乱層１２は、ここで、相違した屈折率を有している、第１の部分層３４と第２の部分層３６とを含んでいる。ここで第１の部分層３４と第２の部分層３６の境界面は、粗面化されている。これによって多数の部分面が生じる。これらは、部分層３４、３６の主要延在面に対して傾斜しており、これらと多数の種々の角度を成す。変換層１６と第２の部分層３６との間に、波長選択性の、誘電性ミラー層４２が配置されている。これは部分的に、一次ビーム１８を反射し、二次ビーム１９を通す。例えば、同様に、一次ビーム１８の強度の１０％〜５０％が、この波長選択性ミラー層４２によって反射される。
一次ビーム１８が第１の部分層３４と第２の部分層３６との間の境界面に入射すると、一次ビーム１８は異なる角度で屈折され、このような角度で、波長選択性ミラー層４２に入射する。このミラー層は、これらの部分ビームの特定の成分を反射して、第１の部分層３４と第２の部分層３６との間の境界面に戻す。ここでこれらは、新たに、種々の角度で屈折される。最終的に、部分ビームは、有限の、十分に大きい空間角度範囲で、散乱層の、変換層１６と反対側の面に向かって放射される。これによって、第１および第２の部分層３４、３６並びに波長選択性ミラー層４２の組み合わせが、一般的な部分に挙げた定義に従った散乱層として作用する。
図５には、概略的に、変換部材１０の第４の実施例の散乱層１２の詳細図が概略的に示されている。これは、第３の実施例とは次の点において異なっている。すなわち、第１と第２の部分層３４、３６が相償的な、規則的なパターニング３８、４０を有している、という点において異なっている。これは例えば櫛の歯状に形成され得る。
図６には、概略的に、変換部材１０の第５の実施例の散乱層１２の詳細図が概略的に示されている。これは、第３の実施例とは次の点において異なっている。すなわち、第２の部分層３６自体が波長選択性ミラー層４２の形態で形成されている、という点において異なっている。
粗面化によって、波長選択性ミラー層４２は、多数の部分面を有する。これらは、波長選択性ミラー層４２の主要延在面に対して傾斜しており、これと多数の種々の角度を成す。一般的な部分において記載したように、これによって、波長選択性ミラー層４２は、一般的な部分において挙げた定義に従った散乱層として作用する。
本発明は、実施例に基づいた記載に制限されるものではない。むしろ本発明は、各新たな特徴並びに、殊に特許請求の範囲に記載されている特徴の各組み合わせを含んでいる各特徴の組み合わせを含んでいる。これは、これらの特徴またはこれらの組み合わせ自体が明確に、特許請求の範囲または実施例に示されていない場合でも当てはまる。
１０ 変換部材、 １２ 散乱層、 １４ 反射層、 １６ 変換層、 １８ 一次ビーム、 １９ 二次ビーム、 ２５ 変換手段、 １００ 照明手段
Claims (17)
- ・散乱層（１２）と、
・反射層（１４）と、
・前記散乱層（１２）と前記反射層（１４）との間に配置されている変換層（１６）とを含んでいる変換部材（１０）であって、
・前記変換層（１６）とは反対側にある面から前記散乱層（１２）に入射する一次ビーム（１８）の第１の成分（２０）を前記変換層（１６）に通過させ、かつ、前記散乱層（１２）に入射する前記一次ビーム（１８）の第２の成分（２２）を、前記散乱層（１２）の、前記変換層（１６）とは反対側にある面に向かって散乱させるように、前記散乱層（１２）は構成されており、但し、前記散乱層（１２）は、透明なマトリクス材料（２６）と、当該マトリクス材料中に埋設された複数の散乱部材（２８）とを含んでおり、かつ、前記散乱部材（２８）は気泡であり、
・前記変換層（１６）は少なくとも１つの変換手段（２５）を含んでおり、前記一次ビーム（１８）の前記第１の成分の少なくとも一部を前記一次ビーム（１８）の波長とは異なる、より長い波長を有する二次ビーム（１９）に変換するように、前記変換手段（２５）は構成されており、
・前記反射層（１４）は、少なくとも前記二次ビーム（１９）を反射する作用を有している、
ことを特徴とする変換部材（１０）。 - ・散乱層（１２）と、
・反射層（１４）と、
・前記散乱層（１２）と前記反射層（１４）との間に配置されている変換層（１６）とを含んでいる変換部材（１０）であって、
・前記変換層（１６）とは反対側にある面から前記散乱層（１２）に入射する一次ビーム（１８）の第１の成分（２０）を前記変換層（１６）に通過させ、かつ、前記散乱層（１２）に入射する前記一次ビーム（１８）の第２の成分（２２）を、前記散乱層（１２）の、前記変換層（１６）とは反対側にある面に向かって散乱させるように、前記散乱層（１２）は構成されており、但し、前記散乱層（１２）は、透明なマトリクス材料（２６）と、当該マトリクス材料中に埋設された複数の散乱部材（２８）とを含んでおり、かつ、前記散乱部材（２８）は金属によって反射コーティングされており、
・前記変換層（１６）は少なくとも１つの変換手段（２５）を含んでおり、前記一次ビーム（１８）の前記第１の成分の少なくとも一部を前記一次ビーム（１８）の波長とは異なる、より長い波長を有する二次ビーム（１９）に変換するように、前記変換手段（２５）は構成されており、
・前記反射層（１４）は、少なくとも前記二次ビーム（１９）を反射する作用を有している、
ことを特徴とする変換部材（１０）。 - 前記散乱部材（２８）の平均的な大きさは、前記一次ビーム（１８）の波長を上回る、請求項１または２記載の変換部材（１０）。
- 前記散乱部材（２８）は球状に形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の変換部材（１０）。
- 前記散乱部材（２８）は、前記散乱層（１２）の前記マトリクス材料（２６）の屈折率とは異なる屈折率を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の変換部材（１０）。
- 前記散乱部材（２８）と前記マトリクス材料（２６）との間の光学的な屈折率における差は０．４以上である、請求項５記載の変換部材（１０）。
- ・散乱層（１２）と、
・反射層（１４）と、
・前記散乱層（１２）と前記反射層（１４）との間に配置されている変換層（１６）とを含んでいる変換部材（１０）であって、
・前記変換層（１６）とは反対側にある面から前記散乱層（１２）に入射する一次ビーム（１８）の第１の成分（２０）を前記変換層（１６）に通過させ、かつ、前記散乱層（１２）に入射する前記一次ビーム（１８）の第２の成分（２２）を、前記散乱層（１２）の、前記変換層（１６）とは反対側にある面に向かって散乱させるように、前記散乱層（１２）は構成されており、但し、前記散乱層（１２）は、相違した屈折率を有している第１の部分層（３４）と第２の部分層（３６）とを含んでおり、かつ、前記第１の部分層と前記第２の部分層との間の境界面は粗面化されている、または、前記第１の部分層（３４）と前記第２の部分層（３６）は相補的なパターニング（３８、４０）を有しており、
・前記変換層（１６）は少なくとも１つの変換手段（２５）を含んでおり、前記一次ビーム（１８）の前記第１の成分の少なくとも一部を前記一次ビーム（１８）の波長とは異なる、より長い波長を有する二次ビーム（１９）に変換するように、前記変換手段（２５）は構成されており、
・前記反射層（１４）は、少なくとも前記二次ビーム（１９）を反射する作用を有している、
ことを特徴とする変換部材（１０）。 - 前記散乱層（１２）の、前記変換層（１６）とは反対側にある面に、反射防止層（３０）が配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の変換部材（１０）。
- 前記変換層（１６）は、前記変換手段（２５）の濃度および／またはその層厚さに関して、自身に入射する一次ビームの９５％以上を二次ビームに変換するように構成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の変換部材（１０）。
- 前記反射層（１４）の、前記変換層（１６）と反対の側の面に、ヒートシンクが配置されており、
前記反射層（１４）は、前記変換層（１６）と反対側の面で、熱伝導性担体上に配置されている、または、前記反射層（１４）は熱伝導性担体の反射コーティングによって形成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の変換部材（１０）。 - 請求項１から１０までのいずれか１項に記載された少なくとも１つの変換部材（１０）と、レーザダイオードまたは発光ダイオードとして構成されている少なくとも１つの半導体チップ（４４）とを有している照明手段（１００）であって、
前記半導体チップ（４４）から放射された電磁ビームは、前記変換部材（１０）によって、少なくとも部分的に、より低い周波数のビームに変換可能である、
ことを特徴とする照明手段（１００）。 - 前記半導体チップ（４４）と前記変換部材（１０）は空間的に相互に分けられており、当該空間的な分離を介して前記半導体チップと前記変換部材との熱的な分離が行われる、請求項１１記載の照明手段（１００）。
- 請求項１から６までのいずれか１項に記載された変換部材（１０）を製造する方法であって、
当該方法は以下のステップを含んでいる、すなわち
・散乱層（１２）を供給するステップと、当該散乱層（１２）を変換層（１６）および反射層（１４）と接続するステップとを含んでおり、
前記散乱層（１２）を供給するステップは以下のステップを含んでいる、すなわち、
・第１の透明な担体部材を供給するステップと、
・当該第１の透明な担体部材上に、複数の散乱部材（２８）を備えた液体状マトリクス材料（２６）を被着するステップと、
・反射防止層（３０）を備えた第２の透明な担体部材を供給するステップと、
・当該第２の透明な担体部材を前記液体状マトリクス材料（２６）上に被着するステップと、
・硬化するステップとを含んでいる、
ことを特徴とする、変換部材（１０）を製造する方法。 - 散乱部材としての気泡を前記マトリクス材料中に設ける、請求項１３記載の方法。
- 請求項７に記載された変換部材（１０）を製造する方法であって、
当該方法は以下のステップを含んでいる、すなわち
・散乱層（１２）を供給するステップと、
・当該散乱層（１２）を変換層（１６）および反射層（１４）と接続するステップとを含んでおり、
前記散乱層（１２）を供給するステップは以下のステップを含んでいる、すなわち、
・反射防止層（３０）を備えた第１の透明な担体部材を供給するステップと、
・粗面化された表面を有している、または、後から粗面化またはパターニングされる、前記第１の部分層（３４）を形成するため第１の誘電体を被着するステップと、
・前記第２の部分層（３６）を形成するため前記粗面化された表面に第２の誘電体を被着するステップと、
・前記第２の誘電体を平坦化するステップとを含んでいる、ことを特徴とする方法。 - 前記第１の誘電体は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ３、ＩＴＯ、ＴａＯ５、Ａｌ２Ｏ３、ジルコニアまたはＺｎＯを含んでいる、請求項１５記載の方法。
- 前記第２の誘電体を平坦化するステップは、研磨、研削加工または化学機械研磨によって行われる、請求項１５または１６記載の方法。
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